新材料新工艺在长江河道整治 工程中的应用

新材料新工艺在长江河道整治 工程中的应用
林木松 长江水利委员会长江科学院河流研究所
1 前言
• 长江中下游干流河道自宜昌至河口全长约1893km，流经湖北、湖南、江 西、安徽、江苏和上海等六省市。宜昌至鄱阳湖口为长江中游，全长 955km，其中从枝城至洞庭湖出口的城陵矶称为荆江，荆江又以藕池口 为界分为上荆江和下荆江。鄱阳湖口以下为长江下游，全长938km。
3 河道整治工程
• 长江中下游实施了大量的河道整治工程，除上述的护岸工程外，还进行 了裁弯、堵汊、潜坝、洲头鱼嘴等整治工程。
• 从整治工程的结构和材料看，以往在堵汊、潜坝工程中以沉梢坝、堆石 坝为主，随着新材料新工艺的推广应用，近年来，在堵汊、潜坝工程中 部分工程采用了土工砂垫和砂枕、沉箱等结构型示与材料。2002年实施 的长江镇扬河段和畅洲汊道左汊口门控制的潜坝坝体采用了砂枕，和畅 洲左汊口门控制工程位于左汊口门处，主坝体位于深槽部位，坝高程为5～-20m，河床最深点高程为-51.7m，主坝体的总长度为1102m，在坝 体的左右侧有有连接段与左右岸连接。主坝顶高程拟采用变坡形式，坝 顶分段高程自-3m至-8m、自-8m至-20m，深槽部位的坝顶高程为-20m。 坝顶设计宽度为10m，上游侧平均边坡为1:2.5，下游侧平均边坡为1:3。 坝体由聚丙烯编织布（单位面积重126～130g/m2）袋充沙形成。充沙 袋的直径1.2m、长10m；每个袋上开3个直径为20cm、长50 cm的袖 口，为充填河沙的进口。在坝体的表面，为提高沙袋的保沙性能和坝体 的稳定，袋布采用复合土工布（150g/m2聚丙烯编织布+150g/m2无纺织 布），充沙袋的直径1.5m、长10m。
• 据统计，长江中下游近1900km的干流河道两岸崩岸线长达1500km，占 岸线总长的42%，其中崩岸强度大的河段，每年崩宽可达数十米至百余 米，甚至几百米。岸线的崩退不仅改变河道的平面形态，引起上下游河 势的调整变化，而且给防洪安全和两岸经济发展带来巨大危害。多年 来，围绕防洪保安、航道畅通、岸线开发利用等目的开展了护岸、河势 控制及河势调整工程。据不完全统计，截至1997年，长江下游护岸工程 长度达1200km，占崩岸线总长的80％，完成抛石约7000万m3，沉排 410万m2，沉梢330万组，抛枕40万m3，丁坝685座，顺坝20km。1998 年后实施的长江重要堤防隐蔽工程，护岸约长436km，抛石2179万m3， 抛枕12.49万个，砌石235万m2，混凝土铰链排100万m2，模袋混凝土护 岸12.6万m2。
淮河 入江水 道
扬州
沮漳 河 百里 洲
宜昌 宜都
宜昌
古老背
清江
宜都
枝江
上
枝城
湖
虎渡河
上荆江河段
藕池口
洞庭湖
下荆江河段
太
八 卦洲
世业洲
和畅洲
平
南京 江镇江
洲
苏
南通
东海
驻马 河口 石跋 河
芜裕河段 马鞍山河段南京河段
海门
安
马鞍山
镇扬河段 扬中河段
江阴张家港 河 望虞
徐六泾
崇
明
徽
澄通河段
东平河
启东
岛
荆洲
起点距(m)
200
（2）坝式护岸
0
1
2(km)
济生港
屏江港
-5 -20
西七
西六
西五
-5 -20
殷
桥 港
嘶 马
河
西四 西三 西二
口
西一 东一
东二
48 0 0 00 , 3 57 8 50 0
东三
图例
2002年3月 2003年3月
新 桥 港
-5 -20
杨 湾 港
-20 -5 -20
• （3）墙式护岸，也称重力式护岸，顺堤岸设置，具有断面 小、占地少的优点，但要求地基满足一定的承载能力。墙 式护岸可分为直立式、陡坡式、折线式、卸荷台阶式等形 式。
E2 D=0.8m
D=0.6m N1
水利部长江水利委员会
长江重要堤防隐蔽工程安庆河段崩岸整治
护岸工程结构图2(石垫、石笼示意图)
设计阶段
初步设计复核
设计
审查
制图
审定
描图 校核
核定 日 期 2006.06
比 例 见图
图图 号 附图025.2
• （3）柴枕，柴枕一般采用一定厚度梢料层或苇料层作外 壳，内裹块石或填泥土、外用铁丝束扎成圆形枕状物，上 面加压枕石。每隔30～50cm捆扎一档，抛在岸坡枯水位 以下护脚。
• 护岸主要型式有坡式护岸、坝式护岸、墙式护岸、桩式护
岸和生物护岸等。
（1）坡式护岸
()
黄 20.0 海 高 10.0 程
m 0.0
-10.0
-20.0
抛石宽 65m
锚固石4m2/m
3.0
1:3
0.0 设计枯水位
水上护坎
块石厚1.0m
7#
防冲备填石 18.0m 3 /m
-30.0 0
50
100
150
张家洲
彭泽
铜陵
枞阳
大通
秋浦河
安庆皖河河段安庆眉毛洲太子矶贵贵池池大通
铜陵
黑沙洲
东流
龙开河
湖口
九江 鄱阳湖
江
河口河段上海 南汇 东海
水位站
水文站
2 护岸工程
•
近50年来，长江中下游护岸工程技术处于不断发展与
探索的过程。在护岸工程形式上，由传统的守点工程，包
括矶头、丁坝，改进为平顺型护岸，并逐步为工程实践广
• （4）沉排，沉排是护岸工程护脚、护底的结构型式。沉 排面积大、抗冲性强，有整体性和柔韧性、能适应坡面、 床面变形，但造价较高，施工技术比较复杂。密西西比河 下游最早在1882～1883年开始使用编柳排，直到20世纪 40年代先后经历了框架沉排、柳捆沉排、混凝土板、混凝 土沉排、铰链混凝土沉排的发展过程。此外，还采用过加 筋沥青沉排、滚筒式柔性混凝土帘护岸。
（1）抛石
20.0
黄
海 高
10.0
程
m 0.0
()
-10.0
-20.0
13.0 1:3
干砌块石护坡
原地形线
5.4
抛石宽76m，厚1.0m
接坡石4m 3/m
2002年地形线
4.38 设计枯水位
备填石8m 3/m
水下抛石
-30.0
0
50
100
150
200
起点距(m)
断面起点： GCYJ-98
X： 3371379.27 Y： 495454.51 α(l->r)= 155°59’59”
（2）石笼
80
60
底孔和侧孔大样图
面孔大样图
石垫大样图
100 80 1000
2000
合金钢网石笼大样图
说明： 1、图中尺寸以mm计： 2、底网和侧网孔径为100×80,面网孔径为80×60; 3、材料要求：
钢丝为铝锌合金低碳钢丝，钢丝直径2.6mm, 抗拉强度大于425Mpa,伸长率大于10%，镀层量2 大于260g/m, 铝含量5%. 石垫中砂卵石和块石各占50%,砂卵石粒径小于6cm,块石粒径8-20cm. 4、石垫尺寸水上为4×4×0.25m，水下为2×2×0.50m。 5、合金钢网由性能优良的特种不锈钢材料以六角网的形式2编织而成。 抗 拉强度 大于15000Mpa， 单位面 积承载 强度大 于35KN/m2 , 网笼尺寸为2×2×1m。
• 2.2 护岸材料和护岸技术 • （1）抛石，抛石护岸是最常采用也是传统的方法，具有
抗冲能力和自我调整能力强的优点。材料来源广，价格便 宜，施工简单，无论新护或加固均可采用。抛石在长江中 下游护岸工程中广泛采用。 • （2）石笼，石笼是国内常采用的传统结构，经常与抛石 护脚结合使用。石笼的运用在欧洲已有100多年的历史。 国内采用过的石笼有竹笼、铅丝笼、木笼、钢筋笼等，其 中钢筋笼效果最好。 •
200
300
300
200
140(220)
A - A剖视
70(110) 70(110)
纵筋条@1000
充砂袖口3φ20 1000
枕袋平面图
说明： 1.图中尺寸单位以cm计，括号中数值为复合塑枕; 2.对聚丙烯编织布的主要技术要求为：
等效孔经：O95 ＜0.1mm, 抗拉强度＞16kN/m, 顶破强度＞0.5kg/cm 2 , 耐磨强度≥100次； 3.施工时允许的充填压力不得大于0.33kg/cm ; 4.塑枕袋上的袖口，长度为0.5m,直径为0.2m,是充填河沙的进口； 5.塑枕袋制作完成后，在枕袋的纵横向需进行加筋处理， 沿长度方向每1m加宽3cm固筋条，沿宽度方向每0.942m加宽5cm的加筋条，
筋条的抗拉强度＞5kN/m; 6.加筋处理后，即可充填河沙，充填完毕对袖口需用系袋条进行绑扎封口，
系袋条的抗拉强度＞0.5kN/m。
7.普通塑枕与复合塑枕尺寸相同，普通塑枕为单层机织编织布缝制，编织布
每平米150g，复合塑枕由一层编织布与一层无纺土工布复合而成
横筋条@1000
镇江市工程勘测设计研究院 工程名称 长江镇扬河段和畅洲左汊口控制工程
• （4）桩式护岸，桩式护岸是崩岸险工处置的重要方法之 一。它对维护陡岸的稳定，保护堤脚不受水流的冲刷，保 滩促淤作用明显,常在抢险中运用。目前，在长江主要采用 了钢板桩。
• （5）生物护岸，生物工程护岸是护岸植被形成之前，运用 自然可降解的材料，如稻草、大米草、黄麻等制作成垫子 或纤维织物，铺于岸坡表面来阻止边坡土粒的流失，并在 岸坡上种植植被和树木，当纤维织物和垫子降解时，依靠 岸坡植被发达的根系保护岸坡。生物防护措施投资省、易 实施，对消波、促淤、固土保堤作用显著。
泛地采用，积累了一定的经验。在护岸材料上，由传统的
抛石、沉柴排到沉排、模袋混凝土、透水六面体等新材料
新技术的采用。同时，对护岸工程的破坏机理、护岸效果
和施工方法等方面进行了大量的试验研究。
• 2. 1 护岸的主要工程型式
• 护岸工程按布局、结构、型式、材料及与水流关系等的不 同可分为各种类型，如按与水位的关系可分为淹没、非淹 没防护工程；按构造情况可分为透水、不透水防护工程； 按材料和使用年限可分为永久性、临时性工程；根据是否 间断，可将主要护岸型式分为连续性（直接）护岸与非连 续性（间接）护岸。从工程结构型式及材料分，有连续护 岸和散粒体护岸型式。
• ① 柴排，柴排是用塘柴、柳枝、竹梢先扎成直径12～ 15cm的梢龙，构成上下对称的十字格，中间夹梢料形成 排体，上压块石使其下沉，铺护在预定需保护的河床上， 抗御水流冲刷。
• ② 土工织物软体排，国内土工织物作为护岸工程首次在 长江下游嘶马段应用。1974年10月，江苏省江都县采用 聚氯乙烯编织布、上扣混凝土预制块的软体排。土工织物 排适用于岸坡坡度缓于1:2.5，坡面和床面比较平整，无大 的坑洼起伏及块石等尖锐物。
北
武汉
汉 江
叶家洲团风
阳逻
青 弋河
芜湖
黄州戴家洲 黄石 韦源口 田家镇
举水
华容河
湖 北 新厂 湖 南 安 西 徽 碾子湾沙中滩洲子子
东荆河
陆水 金水
内荆河
监利
洪湖
宏恩矶
嘉鱼
螺山 城陵矶
陆溪口嘉鱼簰洲
岳阳 岳阳河段
巴河 蕲水
团风 鄂州 黄冈
浠水
武汉河段 黄石
东 流
蕲春 龙坪 九江河段 马垱 武穴
棉船洲
沙头河口
共青团农场
新民洲水尺 E
导流坝 F
扬 二 电
厂 灰
场
wk.baidu.com
人民滩水尺
D
口C 门控制工程
B
中潜坝
A
和畅洲
一棵洲
谏壁电厂
水位站 水边线
孟家港 大港
Outline of bed protected whith sandbag (three layers)
A2 D=2.0m
1:2.5 1:3
1:3 1:2.5
批准 审定 审核
校核 设计 制图
土工 编织 袋结构 图
设计阶段 施工图 设计编号 图纸编号 15/21
联系电话
日 期 2002.03.10
• （8）透水体，透水体在国内外护岸工程中已有多年历 史，如杩槎、沉梢等，应用于多沙河流上缓流促淤效果很 好。
• 沉梢坝 ， 四面六边透水框架 ，透水桩坝
• （9）土工包技术，高分子工业的发展使土工织物愈来愈 多地应用于护岸工程。该项技术是先将河滩的淤积土通过 抓斗、反铲或挖泥船放在一个预先设有土工布的开底船 中，然后将土工布缝起来形成一个大包。
② 土工织物软体排
③ 铰链混凝土板沉排
④铰链模袋混凝土
• （5）塑料和合成纤维 ，由于高分子化合物的发展，20
世纪80年代荷兰和日本已成功使用尼龙制成“织垫”或“砂 袋”，以抗御水流的侵蚀。
• （6）模袋混凝土，模袋混凝土是由上下两层具有一定强
度、稳定性和渗透性的高质量机织化纤布制为模型袋，内 充具有一定流动度的混凝土或砂浆，在灌注压力作用下， 混凝土或砂浆多余的水分从模袋内被挤出，待凝结后即形 成高密度高强度的固结体——模袋混凝土。
• （7）混凝土异形块体，混凝土预制异形块体在
海岸防护工程中应用广泛，各类大的异型混凝土 块体，如四脚锥体、工字型、格栅型、扭工字型、 翼型等做海堤防护工程已有很多实例。
50 80(127)
200
300
300
200
20
纵筋条@1000
横筋条@1000
A
充砂袖口3φ20
充砂袖口φ20
A
1000
枕袋立面图